废旧电池粉末改性沥青的微观特性及其性能

为研究废旧电池粉末改性沥青的可行性，分别将不同掺量的废旧电池粉末加入70^#沥青中，以制备废旧电池粉末改性沥青，并对比基质沥青与SBS改性沥青进行性能评价。借助X射线衍射仪（XRD）、红外光谱仪（FTIR）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等研究废旧电池粉末改性沥青的化学组成与微观结构，分析废旧电池粉末改性机理；采用三大指标、布氏黏度试验对废旧电池粉末改性沥青的常规性能指标进行测试；通过动态剪切流变仪（DSR）、多重应力蠕变（MSCR）试验评价废旧电池粉末改性沥青的流变特性；利用车辙试验（70℃）与短期老化前后的浸水马歇尔试验分析废旧电池粉末改性沥青混合料的高温稳定性及老化前后的水稳定性。研究结果表明：废旧电池粉末以C为主要成分，并含有极少量金属氧化物，其颗粒表面有较多的褶皱与凹槽；废旧电池粉末改性沥青表面存在"蜂巢"结构，且随着掺量增加，其粗糙度呈上升趋势，沥青针入度逐渐降低，软化点提升，延度略微降低，黏度逐渐增加；相同温度下，随着掺量增加，废旧电池粉末改性沥青的动态剪切模量G^*明显提高且始终高于70^#沥青，但略低于SBS改性沥青；废旧电池粉末改性沥青混合料动稳定度与残留稳定度逐渐增大；废旧电池粉末改性沥青的方式属于物理共混，该成分可使沥青的高温性能得到改善，改善程度未及SBS改性沥青，但相差幅度不大；废旧电池粉末改性沥青表面粗糙程度较大，意味着其拥有较大的比表面积，能增强沥青与集料间的黏附能力，从而提高了沥青混合料的高温稳定性与水稳定性。     

基质灰色关联度法的SBS改性沥青性能影响因素分析

为了分析基质沥青性能指标、组分比例以及改性剂性能与SBS改性沥青之间的内在联系,利用灰色关联度方法对SBS改性沥青性能与基质沥青指标、4组分比例、改性剂嵌段比、改性剂结构类型、断裂伸长率、300％拉伸应力、拉伸强度和永久变形之间的关联性进行分析,研究结果表明：SBS改性沥青的针入度与基质沥青的针入度、软化点以及改性剂的300％拉伸应力关联系数较大;改性沥青的软化点与基质沥青的软化点、针入度以及改性剂的硬度关联系数较大。而改性沥青的延度与改性剂的伸长率、基质沥青的软化点和胶质含量有很好的相关性。     

基于纳米力学和官能团的沥青老化微观机理

采用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)技术来探索沥青老化规律,同时与传统的研究沥青老化方法傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR)的研究结果进行比较。分别测试了基质沥青和SBS改性沥青在原状(未老化)、RTFO老化后和PAV老化后的微观力学特性及其官能团化学特性。结果表明,沥青的老化程度越高,"蜂状结构"发育越好,平均面积和最大面积越大。沥青试样内至少存在3个不同的微区具有不同的黏附力,其中"蜂状结构"相黏附力最低。老化影响沥青的纳米力学性能,提高沥青黏附力大小分布的均匀性,不同老化程度的SBS改性沥青的黏附力均大于基质沥青。老化引起沥青羰基和亚砜基等含氧官能团含量增加,丁二烯基含量减小。沥青老化后微观力学的变化与官能团的变化有良好关系。     

SBS-SBR 复合改性沥青黏弹特性研究

采用物理共混方法制备SBS改性沥青、SBR改性沥青和SBS-SBR复合改性沥青，基于动态剪切流变仪(DSR)测试沥青在温度扫描模式下的复数模量和相位角，评价沥青的高温性能；采用多应力蠕变恢复试验(MSCR)测试沥青在蠕变加载过程中的应力响应特征，最后基于BBR试验评价沥青的低温性能。结果表明:在沥青中掺入SBS和SBR能够大幅提高沥青的高温抗变形能力，疲劳极限温度能够表征沥青的抗疲劳性能，沥青的粘性特征和疲劳性能具有相关性，基质沥青在高温下具有良好的疲劳特性；MSCR试验结果表明，改性沥青具有显著的弹性恢复特性，沥青的可恢复变形随着应力的增大逐渐降低；低温梁流变试验(BBR)结果显示，掺入SBS与SBR能够提高沥青在低温下的应力松弛能力和抗裂性能。     

塔河沥青及其改性沥青微观结构特征研究

采用原子力显微镜(AFM)分析了塔河沥青及其改性沥青机理，并对其表面粗糙度、黏结力、耗散能和弹性模量等微观力学指标进行研究，以此为基础建立了不同沥青AFM微观力学指标与高温指标的相关性。结果表明：沥青表面微观力学性能可以用来表征其老化过程中高温流变特性。掺加1%SBS对塔河基质沥青进行微改性后，其表面粗糙度增大，黏结力、耗散能明显提高，弹性模量与克拉玛依基质沥青基本相当；塔河沥青通过SBS/PPA复配改性后可在一定程度上提高塔河沥青的抗老化特性。研究结果为合理利用塔河原油资源提供了新的技术途径。     

基于ABAQUS模拟的TOR橡胶沥青路面应力响应分析

借助大型有限元软件Abaqus建立沥青路面结构模型,根据室内试验所得数据确定材料的参数,选取适合TOR橡胶沥青的路面结构,分析在标准荷载作用下路面各层层底的应力值以及路表弯沉值与路表剪应力值,并与SBS改性沥青路面结构进行对比,得出沥青面层所受拉应力值随着上面层模量的增大而增大,SBS改性沥青路面结构路表的弯沉值要小于TOR橡胶沥青路面结构路表弯沉值,SBS改性沥青路面结构的剪应力值要大于TOR橡胶沥青路面结构的剪应力,SBS改性沥青路面结构抵抗车辙变形的能力不如TOR橡胶沥青路面结构,并通过铺筑试验路,埋设了传感器,实测路面层底应力值,验证了模型的可靠性.     

基于DSR时间扫描的沥青常应力疲劳演化规律分析

为了研究沥青疲劳特性在常应力模式下的演变规律,采用动态剪切流变仪(Dynamic Shear Rheometer,DSR),在应力控制模式下对70#基质沥青和SBS改性沥青进行时间扫描试验,获得复数剪切模量(G*)、耗散能变化率(DR)和累计耗散能比(DER)3种物理指标随荷载作用次数的变化曲线,通过分析3种曲线变化规律确定沥青疲劳寿命:(1)G*值下降到初始值50%时对应的荷载作用次数(NG*);(2)DR-N曲线转折点对应的加载次数(NDR);(3)DER-N曲线转折点(70#基质沥青)和曲线偏离DER=N直线20%时(SBS改性沥青)对应的加载次数(NDER),并建立沥青疲劳破坏方程。结果表明:NG*处于复数剪切模量加速下降阶段,而NDR和NDER处于沥青缓慢破坏和加速破坏转折阶段,NG*是根据经验所确定,而NDR和NDER是根据曲线转折点定义,物理意义明确;70#基质沥青和SBS改性沥青疲劳寿命(NG*、NDR和NDER)与应力在双对数坐标中表现出良好的线性关系;70#基质沥青疲劳破坏规律性强,疲劳曲线有明显的转折点,能明确定义沥青疲劳寿命;而改性沥青由于改性剂的作用,沥青弹性恢复能力增强,沥青疲劳曲线变化规律不明显;相同分析方法下,SBS改性沥青疲劳寿命明显优于70#基质沥青;随着加载应力提高,两种沥青的疲劳寿命均下降。     

SBS改性沥青质量评价方法研究

针对SBS改性沥青使用质量评价存在的缺陷,选取了5种国产和进口沥青进行了改性前后使用性能对比分析,通过组分和微观分布分析,发现基质沥青中极性芳香分的存在是造成SBS溶胀差异的主要原因。基于此,对某富含芳香分进口沥青进行了1年龄期微观测试分析,结果显示,此类沥青出现SBS交联结构解体、聚团现象;同时,对比RTFOT、PAV前后测试结果,发现SBS改性效果差异显著;因此,为确保SBS改性沥青使用性能,对于富极性芳香分的基质沥青应综合短、长期老化的性能指标和结构变化来评价其改性后的路用性能。     

SBS聚合物在沥青中溶胀直径及其与沥青性质的关系

为研究SBS改性沥青微观结构量化指标与沥青性质之间的关系,采用4种SBS改性剂、3种基质沥青、3种SBS改性剂掺量制备14组SBS改性沥青进行荧光显微镜取样观察,选择400倍荧光显微图像为研究对象,借助MALTAB图像处理功能、Auto CAD软件以及微积分思想提出一种SBS改性沥青微观结构中SBS溶胀直径计算的方法,即SBS在沥青中溶胀相互联结之后形成的网络状、棒状、云状等结构的平均直径;测试了14组SBS改性沥青的溶胀直径,结合荧光显微图像分析了SBS溶胀直径与SBS改性沥青路用性能指标之间的关系。研究认为SBS溶胀直径在2.4~2.6μm时具有较高的改性性能和均一稳定的微观溶胀状态,SBS溶胀直径可以更加全面地反映出SBS改性沥青的本质属性。     

复合再生剂对老化SBS改性沥青性能和结构的影响研究

将复合再生剂和普通沥青再生剂分别用于老化SBS改性沥青的再生,通过再生沥青的物理性能、化学组成分析和红外光谱测试研究了两种再生剂对老化SBS改性沥青性能和结构组成的影响。物理性能测试结果表明:复合再生剂对老化SBS改性沥青物理性能的恢复作用优于普通再生剂,当复合再生剂的掺量达到老化沥青质量的8%时,再生SBS改性沥青的性能基本接近老化前SBS改性沥青的性能;红外光谱和化学组成测试结果显示:普通再生剂只能调节老化SBS改性沥青中基质沥青的化学组成,无法修复SBS断裂的分子链,而复合再生剂不仅能调节老化SBS改性沥青中基质沥青的化学组成,还可通过其分子结构中的极性环氧基团与SBS的降解产物发生化学反应以修复SBS因老化发生降解的分子链。     

基于耗散伪应变能的沥青疲劳动力学表征

沥青的开裂和塑性变形是疲劳损伤过程中的2个耦合子进程。为了分离沥青在疲劳损伤阶段的开裂子进程及塑性变形子进程及寻求疲劳损伤进程与2个子进程的关联特征指标，基于能量力学法及动力学理论研究沥青的疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程。首先采用能量力学法从沥青疲劳损伤阶段不同温度下的累积总耗散伪应变能（DPSE）分离出开裂导致的累积耗散伪应变能（DPSE_c）及塑性变形引起的累积耗散伪应变能（DPSE_p）；然后采用三参数模型来匹配沥青疲劳损伤进程、开裂及塑性变形子进程的耗散伪应变能，获得了能够定量描述能量耗散演变快慢的特征能量变化率；最后基于动力学理论建立沥青疲劳损伤阶段的特征能量变化率与温度的关系，并确定表征沥青疲劳损伤进程的动力学指标。结果表明：基质沥青及SBS改性沥青的DPSE，DPSE_c，DPSE_p的特征能量变化率与绝对温度倒数呈线性关系，DPSE_p的特征能量变化率随温度的增加而增加，而DPSE_c的特征能量变化率随温度的增加而减小，其原因是随着温度的升高，沥青塑性变形发展变快，而开裂则减缓；SBS改性沥青疲劳损伤进程、开裂子进程及塑性变形子进程的活化能（163.9，70.1，91.6 kJ·mol^-1）均大于基质沥青相应进程的活化能（94.0，47.0，45.8 kJ·mol^-1），这表明SBS改性沥青抗开裂性能及抗永久变形性能均好于基质沥青；此外，SBS改性沥青及基质沥青疲劳损伤进程的总活化能等于开裂子进程及塑性变形子进程的活化能之和。因此，可通过活化能这一动力学指标将沥青疲劳损伤进程、开裂子进程与塑性变形子进程进行关联。     

振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性研究综述

沥青作为一种典型的黏弹材料,其黏弹性与路用性能密切相关,20世纪研究者们就开始关注并研究沥青的黏弹性。全面表征复杂条件下沥青的黏弹性,对于准确评价沥青路用性能具有重要的意义。实际应用中,沥青路面不可避免承受小幅及大幅振荡剪切荷载,沥青线性黏弹性与非线性黏弹性的研究同等重要,仅研究沥青线性黏弹性会导致沥青路用性能评价不准确。目前,基于稳态蠕变试验的沥青非线性黏弹性研究已基本成熟,但车辆对路面的实际作用模式为振荡剪切荷载,针对振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性的研究尤为重要。大幅振荡剪切试验是材料非线性黏弹性测试的主要方法,已成功应用于胶体、悬浮液等领域,而关于大幅振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性的研究则刚刚起步。为促进沥青非线性黏弹性的研究,综述了国内外大幅振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性的测试方法、分析方法及本构模型,指出了现有大幅振荡剪切荷载下沥青非线性黏弹性研究存在的问题,提出了未来沥青非线性黏弹性研究的建议。研究可为沥青非线性黏弹参数的确定、路用性能的评价及预测提供理论依据,同时为其他黏弹材料的非线性黏弹性研究提供一定参考。     

原子力学显微镜AFM图像沥青蜂状结构特性研究综述

通过原子力学显微镜下AFM图像中蜂状结构的组成、生长机理，沥青AFM分析试件制备方法以及蜂状结构对沥青力学性能、抗老化性能、自愈合性能的影响分析，并对AFM力曲线推导沥青黏附功和沥青集料黏附功检测中沥青抗水损害性能进行分析，以此评价沥青混合料的抗水损害性能，有利于对沥青的选择。     

应力吸收层橡胶沥青混合料的路用性能

针对橡胶沥青作为应力吸收层的特性,分别进行低温弯曲试验、拉伸与拉压疲劳试验,分析橡胶沥青结合料的路用性能,并与SBR改性沥青进行对比.结果表明:橡胶沥青混合料具有优良的低温抗裂、抗拉伸与抗拉压疲劳性能,能够达到应力吸收层沥青结合料的性能要求,其性能明显优于单一改性剂SBR改性沥青.     

沥青混合料动态模量Hirsch预测模型的验证研究

动态模量可以描述沥青混合料对温度和荷载频率的敏感性,从而可以客观地反映沥青混合料在路面结构中的行为特性。本文对SMA 13、Superpave 20、Superpave 25和ATB 25等4种沥青混合料分别进行了不同温度和荷载频率下的动态模量试验,并利用DSR对混合料中所用的两种沥青胶结料(普通70号沥青和SBS改性沥青)进行对应温度和荷载频率下的动态剪切模量试验,利用试验结果对动态模量Hirsch预测模型进行了验证研究。研究结果表明利用Hirsch模型预测动态模量的精度较好,只是在高温和低荷载频率时预测偏差较大。     

普通沥青及改性沥青混合料抗变形能力的对比分析

通过对普通沥青混合料和改性沥青混合料在不同温度、不同压力及不同试件厚度条件下所进行的车辙试验,对比分析了沥青类型对沥青混合料抗车辙能力所产生的不同影响,为工程中沥青的选择及混合料设计提供依据。     

SBS改性沥青等黏原则的改进

普通沥青混合料按照ASTM D2493的等黏原则可以确定沥青混合料的施工温度,但不适宜于改性沥青混合料。通过4种SBS改性沥青混合料在不同压实温度下的旋转压实试验建立毛体积相对密度与压实温度的关系,由此得到混合料最佳压实温度,根据该最佳压实温度下的黏度与剪切速率关系,得到黏度0.28 Pa.s对应的剪切速率大约在60 s-1。由此建议改进的改性沥青等黏原则测黏剪切速率为60 s-1,而不是ASTM D2493规定的6.8 s-1,结果表明新方法确定的改性沥青混合料施工温度可降低10℃以上。     

基于热分析与低温光谱的沥青热可逆老化机理

为了研究沥青胶结料在恒定低温储存过程中产生的热可逆老化机理,运用调制式差示扫描量热分析(MDSC)和低温红外光谱(LT-FTIR)技术对沥青胶结料热信号与红外光谱的热历史依赖性进行了试验分析,以确定2种不同分子量的线性饱和链烃(C₂₀H₄₂和C₃₂H₆₆)对热可逆老化的贡献。研究结果表明:沥青恒定低温硬化并非所有沥青的固有特性,存在不受恒定低温热历史影响的沥青胶结料;低分子量的饱和长链烷烃(石蜡)因其与沥青具有较好的相容性,会通过扩散的方式随着恒定低温时间的延长逐渐从沥青基体中析出,从而导致沥青的恒温硬化现象;由于高分子量的饱和长链烷烃与研究采用的沥青在相同条件下相容性差,其石蜡与沥青的二相分离结构并没有随着恒定低温时间的延长产生明显的变化。与热分析相比,低温红外光谱技术可在较低的降温速率下直接用于测试固态沥青中的石蜡分子单元而不会产生热滞后效应。石蜡的结晶会导致红外光谱在735~715 cm^-1处形成吸收峰,且吸收峰信号随温度降低而增强。沥青中的石蜡初期(0~8 h)析出较快,随着时间延长,析出速率放缓,持续时间可长达72 h。通过试验的直接观测,确定了沥青中低分子量石蜡的持续析出或沉淀是导致所用胶结料热可逆老化的根本原因。     

中兴大桥桥面板UHPC-超薄磨耗层(SMA)层间性能分析

为避免由于超高性能混凝土(UHPC)与新材料面层的黏结能力较差而引起的层间摩擦滑移造成脱空破损的现象,采用有限元模拟的手段深入研究了粘结剂作用形成组合材料桥面板的层间黏结性能.其黏结性能主要以层间剪应力和法向拉应力来表征,车轮荷载作用于钢桥面板不同位置的受力性能.研究结果表明:UHPC-超薄磨耗层层间剪应力和法向拉应力值会随着车轮加载位置不同而有不同的结果;宁波中兴大桥在各种加载位置下层间剪应力和法向拉应力值均小于实测强度且具有一定的强度储备;随着车轮荷载的增加,层间应力会急剧增加,造成严重的破坏.